CN103311088A - 梳状结构的放电电离源 - Google Patents
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Abstract
一种梳状结构的放电电离源，包括电源、正放电电极和负放电电极，所述电源的正负极分别与相对设置的所述正放电电极和负放电电极连接；所述正放电电极和负放电电极之间交替相对设置有正极导流板和负极导流板，所述正极导流板仅一端与所述正放电电极连接；所述负极导流板仅一端与所述负放电电极连接；所述正极导流板和所述负极导流板之间形成连贯的通道。本发明在一个较小的结构上就能大大增加放电面积，提高了放电气体流量，降低了外加电压，减小对其他器件影响；提供一种采用MEMS技术加工而成的微型化的离子源。
Description
技术领域
本发明涉及一种电离源，具体是一种梳状结构的放电电离源。
背景技术
电离源是用于离子迁移谱、质谱仪、高场非对称波形离子迁移谱等分析仪器中的关键技术。现有的电离源主要采用63Ni等放射源，为避免使用放射源，现在开发了多种非放射源的离子源，如紫外光电离、电晕放电等电离源。
虽然现有多种离子源，但稳定性及寿命都不是很好，为了解决这个技术问题，中国专利文献CN101452806A中公开了一种电离源，该发明具体地说是一种电离源及其在离子迁移谱中的应用，包括直流电源，载气，正、负放电电极，限流电阻，限流电阻和正、负放电电极通过导线与直流电源的正、负电极串联，组成一串联电路；常压下的放电载气通入正、负放电电极间，利用大气压下的辉光放电作为电离源，将其用于离子迁移谱，能够避免使用放射性电离源，提高离子迁移谱的灵敏度，拓宽离子迁移谱测量化合物的范围。
该技术方案中将大气压下的辉光放电应用到了电离源中，大气压微辉光放电目前常用于光谱的激发源，也有将其应用于质谱的离子源。目前的大气压微辉光放电电离源结构如该专利文件中公开的方式，通常是用两个平行的电极相互靠近，距离控制在几十到几百微米。放电气体可以采用惰性气体如氦气、氖气、氩气等，或者氮气、空气，所加电压可以是直流电压，也可以采用交流电压如RF射频电压。在该技术方案中，采样气体从所述正、负放电电极之间通过进行电离，平行式结构放电面积有限，沟道中的放电气体流量受限。此外，该结构中的电离源，由于两个电极间的距离较远，电极间的距离与两电极所需的电压正相关，因此，该方案中需要足够大的电压如几千伏才能达到较好的电离效果，所加高压会对其他器件造成影响并且能量损耗大。
发明内容
本发明为了解决现有技术中平行式结构放电面积有限，通道中的放电气体流量受限，外加电压大影响其他器件的问题，从而提供一种采用MEMS制造工艺加工的梳状结构的放电电离源。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种梳状结构的放电电离源，包括电源、正放电电极和负放电电极，所述电源的正负极分别与相对设置的所述正放电电极和负放电电极连接；所述正放电电极和负放电电极之间交替相对设置有正极导流板和负极导流板，所述正极导流板仅一端与所述正放电电极连接；所述负极导流板仅一端与所述负放电电极连接；所述正极导流板和所述负极导流板之间形成连贯的通道。
所述正放电电极和负放电电极均选用硅片。
所述正放电电极和负放电电极选用的硅片厚度为0.1-5mm。
交替设置的所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为20-500μm。
交替设置的所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为50-200μm。
交替设置的所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为100μm。
所加电压可以是直流电压，也可以采用交流电压。
正极导流板和负极导流板的个数分别设置5-100个。
所述梳状结构的放电电离源是用一整片硅片通过MEMS工艺加工而成。
所述正放电电极和负放电电极之间形成细长的进气口和出气口。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）本发明所述的梳状结构的放电电离源，包括电源、正放电电极和负放电电极，所述正放电电极和负放电电极之间交替设置有正极导流板和负极导流板，所述正极导流板一端与所述正放电电极连接，另一端不连接，也就是与所述负放电电极之间留有通道；所述负极导流板一端与所述负放电电极连接，另一端不连接，也就是说与所述正放电电极之间留有通道，这样所述正极导流板和所述负极导流板之间就形成了连贯的通道。避免了现有技术中平行式结构放电面积有限，通道中的放电气体流量受限的问题，增加了放电面积，提高了放电气体流量；同时，通过所述正放电电极和负放电电极之间交替设置有正极导流板和负极导流板，大大缩小了两电极之间的放电距离，因为两电极所需的电压与放电距离成正比，放电距离缩小了，当然的减小了外加的电压，减小了对其他器件如检测器的影响，降低了使用要求，节省了能源消耗，避免了现有技术中的能源浪费。
（2）本发明所述的梳状结构的放电电离源，采用了MEMS加工技术，加工出来的电离源非常小巧，应用起来非常方便，而且在增加了放电面积的同时并没有增大整个放电电离源的体积，而是在一个很小的结构上就增加了放电面积，克服了现有技术中通过增大结构来增加放电面积的问题。
（3）本发明所述的梳状结构的放电电离源，所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为20-500μm，这样就可以大大缩小放电电极之间的距离，由于放电电极之间的距离与电压正相关，距离越小，所需的电压越小，因此通过较小的电压就可以满足放电的需要，降低了能量损耗，减少对其他器件的影响。
（4）本发明所述的梳状结构的放电电离源，所述正放电电极和负放电电极之间形成细长的放电通道，便于通过MEMS工艺实现一体式的加工，且加工精度大大提高，克服传统机械加工工艺的加工与装配精度不足的问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明所述梳状结构的放电电离源的结构示意图；
图2是本发明所述梳状结构的放电电离源的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明所述梳状结构的放电电离源的通道放大图；
图中附图标记表示为：1-正放电电极，2-负放电电极，3-通道，4-正电极挡流板，5-负电极挡流板。
具体实施方式
下面提供本发明所述的梳状结构的放电电离源的具体实施例。
实施例1
本发明所述的梳状结构的放电电离源的结构如图1所示，包括电源、正放电电极1和负放电电极2，所述电源的正负极分别与相对设置的所述正放电电极1和负放电电极2连接，所述正放电电极1和所述负放电电极2之间交替设置有多个正极导流板4和负极导流板5，所述正极导流板4一端与所述正放电电极1连接，另一端为开放端，不连接，即其另一端与所述负放电电极2间有间隙；所述负极导流板5一端与所述负放电电极2连接，另一端为开放端，不连接，也就是另一端与所述正放电电极1间有间隙，所述间隙在保证通道中气体能够流畅通过的情况下要尽可能的小，来缩小放电电极之间距离。这样，多个正极导流板4与负极导流板5集合在一起呈梳状结构，在所述正极导流板4和所述负极导流板5之间形成连贯的通道。所述正极导流板4和负极导流板5至少可以设置一对，具体的个数根据需要来设置，一般所述正极导流板4和负极导流板5分别设置5-100个，在本实施例中，如图1所示，设置分别设置了15个。除两端外，其余部分的正极导流板4和负极导流板5其上表面和下表面都作为电极使用，和相对的导流板组成一对电极。样品气体在所述正极导流板4和所述负极导流板5之间形成的连贯的通道3中进行电离。
实施例2
本发明所述的梳状结构的放电电离源，在实施例1的基础上，如图2所示，所述正放电电极1和所述负放电电极2选用硅片，并且基于MEMS工艺在一整片硅片上采用深反应离子刻蚀（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）的方法来在硅片上刻蚀成蜿蜒曲折的放电通道，并将硅片切成对应的两片，分别为正放电电极1和负放电电极2，且形成一个细长的放电通道，便于通过MEMS工艺实现一体式的加工，且加工精度大大提高，克服传统机械加工工艺的加工与装配精度不足的问题。更具体的实现方式是将一片硅片键合在一片中间有通孔的玻璃片衬底上，玻璃片衬底起支撑固定刻蚀后的两个电极的作用。
实施例3
本发明所述的梳状结构的放电电离源中所述正放电电极1和所述负放电电极2按照实施例2中优选的选用硅片，也可以选用其他材料。所述正放电电极1和所述负放电电极2选用的硅片厚度优选的为0.1-5mm。通道3的结构如图3所示，通道3的宽度即所述正极导流板4与所述负极导流板5之间的距离可以选择20-500μm之间，常用的距离为50-200μm之间，如100μm。所加电压可以是直流电压，也可以采用交流电压如优选的采用RF射频电压。作为其他可以变换的实施方式，所述通道3的拐角处可以做成圆角结构，减少拐角处放电电场的不均匀性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种梳状结构的放电电离源，包括电源、正放电电极和负放电电极，所述电源的正负极分别与相对设置的所述正放电电极和负放电电极连接；
其特征在于：所述正放电电极和负放电电极之间交替相对设置有正极导流板和负极导流板，所述正极导流板仅一端与所述正放电电极连接；所述负极导流板仅一端与所述负放电电极连接；所述正极导流板和所述负极导流板之间形成连贯的通道。
2.根据权利要求1所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：所述正放电电极和负放电电极均选用硅片。
3.根据权利要求2所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：所述正放电电极和负放电电极选用的硅片厚度为0.1-5mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：交替设置的所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为20-500μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：交替设置的所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为50-200μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：交替设置的所述正极导流板与所述负极导流板之间距离为100μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：所加电压可以采用直流电压，也可以采用交流电压。
8.根据权利要求1-7任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：所述正极导流板和负极导流板的个数分别设置5-100个。
9.根据权利要求1-8任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：所述梳状结构的放电电离源是用一整片硅片通过MEMS工艺加工而成。
10.根据权利要求1-9任一项所述的梳状结构的放电电离源，其特征在于：所述正放电电极和负放电电极之间形成细长放电通道。
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